中国基性岩研究概况、热点及趋势——基于Web of Science的知识图谱分析

廖 帅,刘希军,覃显著,李政林,张治国,丁姗姗,文雅倩

(1.桂林理工大学 a.地球科学学院;b.有色及贵金属隐伏矿床勘查教育部工程研究中心,广西 桂林 541006;2.澳门城市大学 商学院,澳门 00853)

基性岩类(basic rock),常见岩石类型有玄武岩、辉长岩、辉绿岩,其中蛇绿岩是包含了基性岩和超基性岩的岩石组合,在中国分布十分广泛[1]。国内对于基性岩的研究始于20世纪30年代,基性岩的研究对理解构造演化、岩石圈作用、区域构造背景等方面具有重要意义。

集数学、统计学、文献学的文献计量学对分析某一学科的发展历程和研究热点具有很好的指示作用[2]。 采用普遍认可的可视化文献计量软件CiteSpace对“Web of Science核心合集” (简称WOS)数据库进行文献计量学研究, 可以很好地追踪某一研究领域的研究发展趋势, 通过对该领域的研究概况、 热点问题和趋势进行分析梳理, 可为国内相关研究提供借鉴和参考。

1 数据来源和研究工具

1.1 数据来源

为保证原始数据的全面可靠性, 本文选取的WOS是获取全球学术信息的重要数据库, 权威性和重要性得到了学术界的广泛认可, 基本涵盖了发表的有关中国(包括23个省, 5个自治区, 4个直辖市和2个特别行政区)基性岩国际研究相关文献的大部分权威学术刊物。 在WOS中选择“Web of Science 核心合集”, 以“mafic rock” “basic rock” “diabase”“ophiolite” “gabbro”“basalt”和“China”为主题词进行检索, 时间跨度为“所有年份”, 在检索中的文献中将学科类别限定为“Geosciences Multidisciplinary”(地球科学多学科)、 “Geochemistry Geophysics”(地球化学地球物理)、 “Geology”(地质学)和“Mineralogy”(矿物学), 文献类型选择“Article”(论文)和“Proceedings Paper”(会议论文),人工删除不相关的文献后最终得到文献2 759篇,WOS数据库更新日期为2019年12月,导出并将记录内容为“全记录与引用的参考文献”的检索结果。

1.2 研究工具与方法

CiteSpace是美国雷德赛尔大学信息科学与技术学院的陈超美博士与大连理工大学的WISE实验室联合开发的科学文献分析工具, 主要对特定领域文献进行计量, 以探寻出相应学科领域演化的关键路径及知识转折点。 本文应用CiteSpace 5.5.R2版本,在CiteSpace中新项目(new projects)数据来源(data source)选择WOS, 其余均设置为默认值, 时间分割(years per slice)设置为1 年, 起止时间设定为1986—2019。 阈值(thresholds)是同时对节点出现次数和关系强度的筛选, 使用默认值即某个项目(item)出现的次数不低于2次, 两个项目(item)之间的共现次数最低为2, 并且满足标准化后的余弦标准化强度不小于0.2; topN为50(最后计算节点在数据中的总和); 因为数据对象较多, 所以选择Pathfinder Netword(PFNET, 寻径网络)进行剪裁,依据三角不等式原则在邻近的网络中选取显著的关系;通过发文作者、机构的合作网络分析、共现网络分析、共被引分析、关键词共现分析、时间序列分析等多项功能对中国地区基性岩研究领域的研究现状、热点和趋势进行可视化分析。

2 数据分析与结果

2.1 研究概况

2.1.1 发文时间、 期刊和发文量 某些论文刊发数量的变化可以直观地看到某研究领域在特定时间段内研究热度的变化, 是衡量该学科在该时间段内发展态势的重要指标, 对分析发展动态和预测未来趋势具有重要的意义。 在WOS所包含的国际期刊中, 中国基性岩研究的年度发文数量情况如图1所示。 从文献发表数量上来看, 关于中国基性岩的研究从1998年第一次发表在《Mantle Dynamics and Plate Interactions in East Asia》开始, 中国基性岩的研究成果逐步出现在国际权威期刊上, 而且基本保持逐年稳步增长的态势(2007年发文量首次突破100篇, 2015年突破200篇, 2018年更是高达288篇), 说明对于中国基性岩的研究已经属于“成熟期”,具有较高的研究价值(由于本文于2019年12月中旬完成样本搜集工作, 统计数据中没有收录2019年的全部文献, 故2019年文献数量的减少不具统计学意义)。

图1 WOS数据库中国基性岩研究的发文数量情况(1998—2019年)Fig.1 Number of published papers on basic rock research in China in WOS database (1998-2019)

在发文期刊上, 表1列出了WOS数据库中关于中国基性岩研究领域发文数量前10的期刊, 其中《Acta Petrologica Sinica》 《Lithos》 《Journal of Asian Earth Sciences》3种期刊所刊载的文章数量较多, 其发文量共占比41.7%, 属于该研究领域相关度最高的期刊, 综合影响力较强， 并且其中有6种期刊的近三年平均影响因子大于3, 表明国际知名专业对该领域的研究表现出较为浓厚的兴趣。

表1 WOS数据库中国基性岩研究领域主要发文期刊Table 1 Main journals in the field of basic rock research in China in WOS database

2.1.2 发文作者、机构和地区 研究者及其社会关系网络是一个研究领域的重要要素, 通过对中国基性岩地研究发文作者、 机构和国家的共现网络分析可知, 该领域合作密切的学者,并探索其学术研究的团队效应和研究力量。CiteSpace对2 759篇文献运算得出623个节点和1 984条节点连线,得到中国基性岩研究力量的网络共现图谱(图2), 图谱中的每个节点代表一位发文作者和机构, 节点越大表示该作者发文越多, 节点间的连接代表作者间的合作， 年轮的大小代表引文出现的频次, 年轮越大代表频次越大[3]。 结合主要合作作者、 机构和地区(表2), 可以发现该研究领域的主要力量。 中国处在合作网络的中心位置, 所占的圈层最大, 发文量也遥遥领先其他国家和地区, 其次是澳大利亚、美国、 日本、 加拿大、 英国、 德国、 俄罗斯、 印度、 韩国和法国, 各个国家之间的研究相互有联系, 在中国基性岩研究上形成了比较好的国际合作关系。

表2 WOS数据库中国基性岩地球化学研究领域主要合作作者、 机构和地区(前10)Table 2 Main co-authors, institutions and regions in the field of basic rock geochemistry research in China in WOS database(top 10)

图2 WOS数据库中国基性岩研究力量网络共现图谱Fig.2 Co-occurrence map of basic rock research network in China in WOS database

在研究机构当中,Chinese Academy of Sciences(中国科学院)及其下属的各研究院所(校)形成的圈层最大, 署名发文量占到总发文量的半数以上, 说明其在该研究领域的研究实力较强并具有比较强的国际影响力。China University of Geosciences(中国地质大学)、 Chinese Academy of Geological Sciences(中国地质科学院)、 Peking University(北京大学)、 The University of Hong Kong(香港大学)和Nanjing University(南京大学)在该领域的发文量也较多, 均达到了150篇以上， 具有一定的研究实力和影响力。 在国外的研究机构中署名发文量排名前三的是The University of Adelaide(澳大利亚阿德莱德大学)、 Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院)和Kochi University(日本高知大学), 分别为48、 32和30篇, 也具有一定的研究基础。

从图2可以看到， 发文作者整个网络基本呈现出核心-边缘结构, 其中Santosh M、 Xiao W J、 Zhou M F和Xu Y G发文数量达到了50篇以上，是图中最为显著的节点, 核心部分之外是许多研究小组或独立的发文作者形成的外围圈层,说明中国基性岩研究已经形成了数个团队效应较为显著且研究成果突出的典型作者群。

2.2 研究基础、热点与趋势

2.2.1 研究基础和热点 引文分析是文献共被引及其耦合分析的基础, 共被引网络演化图谱可以反映文献间存在的共被引关系, 对现有成果的知识基础进行研究, 通过对关键节点的研究和分析可以挖掘出知识图谱所表征的核心信息[4]。 因此， 通过中国基性岩研究文献共被引网络聚类图谱, 可以更加准确地了解该领域的研究热点问题。

在图3中, 最大的节点是Rudnick R L等[5]2014年在《Treatise on Geochemistry》发表的《Composition of the continental crust》一文, 其共被引频次最高达到254次, 表明该文献的研究内容可能受到了广大学者的认可。聚类后可以看到的共被引网络的主要研究内容为大火成岩省、峨眉山玄武岩、大陆新生代玄武岩、库地蛇绿岩、古生代大地构造和相关岩浆作用等。通过结合梳理WOS数据库中国基性岩研究共被引量最高的前10篇热点文献(表3),研究人员在今后的研究中可以更快速地了解中国基性岩研究的知识概况。

图3 中国基性岩研究文献共被引网络图谱Fig.3 Co-citation network cluster maps of basic rock research literature in China

表3 WOS数据库中国基性岩研究共被引文献(前10 )Table 3 Co-cited references on study of basic rock in China in WOS database (top 10)

高被引频次反映了论文影响力, 因此其数量也成为衡量学科影响力的重要指标之一, 表明论文具有创新性和重要性。 通过对WOS数据库中该研究领域前10篇高被引文献(表4)进行分析, 有助于研究人员掌握该领域的知识结构和了解研究方向。

表4 WOS数据库中国基性岩研究高被引文献(前10)Table 4 High citation on study of basic rock in China in WOS database(top 10)

在共被引文献和高被引文献中, 主要围绕地壳组成、 同位素特征、 造山带作用、地幔柱成因等方面进行了研究, 并产生了部分开拓性的构想和创新的理论。 其中Xiao W J的多篇文献进入高被引文献和共被引文献中, 并且其2008年发表的《Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of Northern Xinjiang, NW China: implications for the tectonic evolution of central Asia》, 既属于高被引文献，也属于共被引文献, 表明其在该领域的研究基础较强, Xiao W J在中国西北造山带开展系统研究，从事沉积大地构造学和基性岩研究，部分研究成果获得了该领域学者的认同。

热点主题是科学计量文献中引文和共被引的知识轨迹,可以科学计量该领域的主要研究热点。从数据分析角度,聚类是根据某种相似程度的度量将分类对象进行分类,通过关键词聚类,使得在中国基性岩研究的热点更加清晰[4]。

在中国基性岩研究关键词聚类图谱(图4)中, 每个节点代表一个关键词, 节点越大表明关键词出现频率越高, 连线越多则表示关键词共现的次数越多, 连线的粗细与其联系的紧密程度成正比[4]。可以看到: tectonics(构造地质学)、 peridotite xenolith(橄榄岩捕虏体)、 Emeishan large igneous province(峨眉山大火成岩省)、 Central Asian Orogenic Belt(中亚造山带)、 Neoproterozoic(新元古代)、 podiform chromitite(豆荚状铬铁矿)、 Ar40/Ar39dating、 eclogite(榴辉岩)、 Guadalupian(瓜德鲁普统)和suture line(缝合带)为中国基性岩研究的主要热点主题区域。 其中trace element(微量元素)的词频最高,为638次,geochemistry(地球化学)、 volcanic rock(火山岩)、 tectonic evolution(构造演化)、 evolution(演化)的词频大于300,其表征的研究内容基本能涵盖中国基性岩研究的热点和方向。

图4 中国基性岩研究关键词聚类图谱Fig.4 Keyword cluster map of basic rock research in China

2.2.2 研究趋势 关键词时区演化图谱反映出不同时间段中国基性岩研究的发展脉络。突发性主题词是一个变量的值在短期内有很大变化，表示在一段时期内该研究主题受到了高度关注。通过探索突现主题词的演变路径可以在一定程度上揭示某个研究领域主题的发展趋势,并挖掘潜在的、有价值的研究方向[23]。

在CiteSpace中的Timeline视图中,相同聚类的文献被放置在同一水平线上,文献的时间置于最上方,在时间视图中可以清晰地看到各个聚类中文献数量情况,文献越多代表得到的聚类领域越重要,并且根据各类文献的时间跨度,进一步反映出聚类所关注的时间特征[24]; 通过关键词时区轴网络图谱(图5)和中国基性岩研究关键词突发性年份分布图(表5～7)可以反映中国基性岩分布区作为研究热点随时间的空间变化情况, 基于关键词词频和突现强度, 将其分为岩石类型、大地构造位置以及区域特征三类对其进行演化研究。

图5 中国基性岩研究关键词时区轴网络图谱Fig.5 Keyword time zone axis network map of basic rock research in China

表5 关键词(岩石类型)突发性年份分布Table 5 Particular years of keywords distribution(rock type)

表6 关键词(大地构造位置)突发性年份分布Table 6 Particular years of keywords distribution(geotectonic location)

表7 关键词(研究区域)突发性年份分布Table 7 Particular years of keywords distribution(study area)

岩石类型研究热点随时间变化情况(表5): 中国基性岩主要研究对象为玄武岩和蛇绿岩,并从早期的普通玄武岩(2000—2005年)、 蛇绿岩(2006—2010年)转变到“峨眉山溢流玄武岩”(2011—2015年)及最新的贺根山蛇绿岩(2015—2019年),反映出研究人员对特定岩石的成因意义越来越重视。

大地构造位置热点随时间变化情况(表6): 中国基性岩的主要产出位置为克拉通、造山带以及大火成岩省, 并从早期克拉通(2000—2010年)、 造山带(2011—2015年)转变到对“大火成岩省”(2016年—)及俯冲带的研究。

研究区域热点随时间变化情况(表7): 通过对基性岩研究区域热点演化可以发现不同区域研究热度的差异,例如关键词“东天山”的词频为76次, 远高于“西天山”的22次, 显示出东天山的地质构造更受研究者关注。 中国基性岩的研究区域从早期“中国东部”(2000—2004年)到“新疆”(2005—2010年), 再到“天山地区”(2010—2014年),最新的研究热点区域为“中国西南部”(2013年—)和“中国北部”(2016年—),研究范围基本涵盖了中国所有重要的基性岩分布和研究区域。

综上,表5至表7同时反映出各岩石类型、大地构造产出位置以及研究区域之间的关联,可以发现,较新的基性岩研究热点为中国西南地区产出于大火成岩省的峨眉山大陆溢流玄武岩, 并且清楚地展现出了中国基性岩研究的热点和研究趋势的演变。研究人员可以根据各时期的研究热点、大地构造产出位置和研究区域特征进行针对性的文献检索和学习,有助于更高效聚焦相关研究成果,发现研究可能存在“盲区”,拓展新的研究方向,从而不断完善和丰富中国基性岩的研究成果。

3 结束语

本文以“WOS核心合集”为数据源,应用科学计量工具CiteSpace绘制了中国基性岩研究的知识图谱,对该研究领域的发文特征、研究力量、知识基础、研究热点和研究趋势等进行了系统分析。结果表明:

(1)中国的研究机构是研究中国基性岩的最主要力量,发文数量处于领先地位,已经形成了数个团队效应较为显著且研究成果突出的典型作者群,但是国际合作还要进一步加强。

(2)中国基性岩研究领域整体活跃度较高,可以概况分为岩石类型、大地构造位置以及区域特征三类,并且新的研究热点也不断涌现。

(3)华北克拉通(North China craton)、 大火成岩省(large igneous province)、 大陆地壳(continental crust)、 中亚造山带(Central Asian Orogenic Belt)、 构造演化(tectonic evolution)、 岩石成因(petrogenesis)等关键词为热点的研究主题,这与目前国际上基性岩研究热点主题是一致的。

(4)该研究领域热点关键词从20世纪初的isotopic evidence(同位素证据)、 petrology(岩石学)、 magmatism(岩浆作用)这类基础性研究的关键词, 经过10年左右时间演变为gabbro(辉长岩)、 Carboniferous volcanic rock (石炭纪火山岩)、 break up(断裂)和plume lithosphere interaction(岩石圈相互作用), 再到近几年研究的back-arc basin(弧后盆地)、 isotopic composition(同位素组成)、 mafic-ultramafic intrusion(镁铁质超基性侵入岩)、 Hf isotope(Hf同位素)和subduction initiation(初始俯冲),可以发现，中国基性岩的研究聚焦在更加清晰的地质问题和专业科学的测试方法上,形成了更为科学系统的同位素分析方法,推动了地质研究的“量化”发展,提出了更为合理的地质构造演化过程和区域特征。